Обоснование параметров интесификации процесса обезвоживания угольных шламов (стр. 1 )

Для заказа доставки работы

воспользуйтесь поиском на сайте http://www. /search. html

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

НАУМЕНКО Виктория Георгиевна

УДК 622.794

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИНТЕСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА ОБЕЗВОЖИВАНИЯ УГОЛЬНЫХ ШЛАМОВ

05.15.08 – Обогащение полезных ископаемых

Диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Научный руководитель

доктор технических наук,

профессор

Донецк – 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ 4

РАЗДЕЛ 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ СВЕДЕНИЙ ПО

ВОПРОСУ ОБЕЗВОЖИВАНИЯ ОСАДКОВ ШЛАМОВОЙ КРУПНОСТИ 10

1.1. Анализ исследований фильтрования осадков шламовой крупности 10

1.2. Выводы к разделу 1 и постановка задач исследования 34

РАЗДЕЛ 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ОСАДКОВ,

ИМЕЮЩИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ МЕХАНИЧЕСКОГО

ОБЕЗВОЖИВАНИЯ 35

2.1. Исследование перемещения фронта разделения газообразной

и жидкой фаз в пористой среде осадка 36

2.2. Исследование гидродинамических характеристик

осадков углеобогащения 44

2.3. Определение необходимого максимального времени

фильтрования для различных условий 52

2.4. Исследование влияния проницаемости осадков на

перемещение влаги в порах 69

2.5. Выводы к разделу 2 78

РАЗДЕЛ 3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ

ПОРОВОЙ СТРУКТУРЫ ОСАДКОВ ПРИ

МЕХАНИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ 81

3.1. Методика имитационного моделирования изменения поровой

структуры осадков на микроуровне 82

3.2. Исследование свойств осадков как идеализированной среды 88

3.3. Имитационное исследование влияния скорости прилагаемого

к осадку сдвига на скорость фильтрации осадка 99

3.4. Выводы к разделу 3 113

РАЗДЕЛ 4.ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ФИЛЬТРОВАНИЯ ОСАДКОВ ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ

ВОЗДЕЙСТВИИ 117

4.1. Исследование физико-механических свойств осадков,

определяющих результаты механического обезвоживания 117

4.2. Исследование изменения параметров осадков при

механическом воздействии 132

4.3. Исследование изменения порового пространства осадков

при приложении сдвиговых деформаций 136

4.3.1. Методика проведения испытаний 139

4.3.2. Анализ результатов исследования 145

4.4. Апробация влияния механического воздействия на осадок

и параметры его обезвоживания в промышленных условиях 149

4.5. Выводы к разделу 4 156

ВЫВОДЫ 157

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 160

ПРИЛОЖЕНИЯ

етодика обоснования рациональных

параметров обезвоживания тонкодисперсных углесодержащих

осадков механическими методами 179

езультаты промышленных испытаний

и расчет ожидаемой экономической эффективности 195

ВВЕДЕНИЕ

В топливно-энергетическом комплексе Украины уголь занимает одно из ведущих мест как основной источник сырья. Наиболее крупным угледобывающим и углеперерабатывающим регионом являются восточные области страны. Следует отметить, что в последние годы имеется тенденция снижения качества добываемых углей из-за сложных условий разработки пластов. Это связано с их залеганием, невысокой мощностью и значительными глубинами. Разрабатываются в основном тонкие пласты мощностью 0,5-1,3м, количество которых составляет около 75%. Применение узкозахватной техники способствует повышению количества мелочи в рядовом угле, что влечет за собой повышение затрат на обогатительных предприятиях при их переработке и обезвоживании [1].

Повышение эффективности обезвоживания осадков шламовой крупности достигается за счет увеличения скорости удаления жидкости, снижения конечной влажности материала и производственных площадей, занимаемых оборудованием, на котором выполняется обезвоживание, повышения производительности аппаратов, уменьшения их стоимости и в целом затрат на процесс [1]. Многими исследованиями, которые проводились ранее и продолжают выполняться и в настоящее время, установлены направления совершенствования механического обезвоживания путем добавления к пульпе поверхностно-активных веществ, прогревания осадка паром, продувания сжатым воздухом, добавкой специальных присадок, механического воздействия на осадок и другими методами [2-7].

Актуальность темы. Проблемы, возникающие при обезвоживании осадков шламовой крупности, остаются актуальными и в настоящее время, особенно в условиях рыночных отношений, когда предприятия стремятся снизить затраты на передел сырья и выпускать продукты, соответствующие требованиям потребителей не только по содержанию горючей массы, но и по влажности. При этом механические методы обезвоживания являются наиболее низкозатратными и достаточно эффективными [7].

Обезвоживание шламовых продуктов обогащения выполняется в две стадии – механическими и термическими (для концентратов) методами. Для этого чаще всего используют фильтрование под действием разницы давлений и сушку. Последний процесс среди всей технологии углеобогащения является наиболее дорогостоящим и экологически небезопасным. В связи с этим отечественные и зарубежные исследования направлены на повышение эффективности механических методов обезвоживания, в ходе которых установлены зависимости скорости удаления влаги от свойств поровой структуры осадков, являющиеся основой теории фильтрации.

При этом существуют проблемы, связанные со строением поровой среды осадков, так как исследование ее представляет собой сложную задачу. Наибольшие трудности возникают при обезвоживании шламовых осадков, имеющих высокоразвитую поверхность частиц, и обусловленные наличием капиллярных явлений, а также особыми свойствами жидкости в тонких каналах.

Исследование структуры осадков на микроуровне позволяет более глубоко понимать сложные явления, протекающие в этой среде, и на этой базе совершенствовать технологию обезвоживания. Таким образом, исследование параметров, влияющих на повышение скорости фильтрации, является актуальной научно задачей, решение которой позволит снизить влажность товарных продуктов углеобогащения.

Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа является частью исследований, проводящихся в ДонНТУ при изучении закономерностей процессов обезвоживания по госбюджетной теме «Дослідження властивостей порового середовища тонкодисперсних матеріалів з метою інтенсифікації процесів їх обробки та формування” номер госрегистрации № 000U001323, исполнителем которой являлась автор диссертационной работы.

Цель и задачи исследования.

Цель работы – обоснование параметров, определяющих технологии интенсификации обезвоживания осадков при действии механических сдвиговых деформаций, прилагаемых к осадку.

Для достижения поставленной цели в работе необходимо решить следующие основные задачи исследования:

1.  Исследование процессов, происходящих в порах осадков на микроуровне.

2.  Моделирование изменения поровой структуры осадков при приложении сдвига с различной скоростью.

3.  Разработка рекомендаций по повышению эффективности обезвоживания при механическом воздействии на осадок.

4.  Разработка методики оценки фильтруемости осадков.

5.  Проведение промышленных испытаний разработанных рекомендаций.

Объект исследований – процессы, происходящие при механическом воздействии на осадок в виде сдвига.

Предмет исследований – параметры процессов деформации осадка при сдвиге и фильтрации жидкости при этом.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы следующие методы исследований: лабораторные методы исследования фильтрационных, пластических, компрессионных и плотностных свойств осадка для установления закономерностей изменения проницаемости осадка при механическом воздействии; аналитические методы моделирования перемещения границы раздела фаз в каналах осадка для изучения влияния основных факторов на его фильтрационные свойства; численные методы для изучения изменения поровой среды осадка при приложении сдвига; методы математической статистики для оценки результатов экспериментов.

Идея работы состоит в управлении структурой осадков путем приложения сдвиговых деформаций при фильтровании жидкости через осадок для ускорения процесса удаления влаги.

Научная новизна полученных результатов.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Скорость фильтрации жидкости зависит от скорости приложения сдвигающих усилий и от механического состояния осадка. Приложение сдвига к переконсолидированному осадку приводит к разуплотнению осадка и увеличению каналов между частицами. При этом количество остаточной влаги снижается в 1,2 раза при быстром сдвиге по сравнению с медленным и в 1,4 раза ниже, чем без приложения механического воздействия, что позволяет определить условия приложения напряжений для интенсификации процесса обезвоживания.

2. Быстрый сдвиг со скоростью, отличающейся от скорости приложения медленного сдвига в 30 раз и более, способствует снижению влажности осадка в любом первоначальном состоянии его поровой структуры, что определяет рациональные режимы обезвоживания при приложении сдвига.

Степень новизны полученных результатов:

- впервые установлено, что для осадков с высокой проницаемостью характерны колебания избыточного давления по длине поры: участки, расположенные близко к месту подачи суспензии, отличаются максимальной амплитудой колебаний давления, которые с течением времени стремятся к затуханию, что свидетельствует о сложном режиме движения жидкости в поре и его влиянии на скорость обезвоживания;

- уточнены коэффициенты в зависимости коэффициента фильтрации Кф от прилагаемого давления Р для осадков углеобогащения, которая имеет вид гиперболы: Кф = 2,47 Р -1,13, что дает возможность прогнозировать результаты обезвоживания;

- впервые путем моедлирования и проведения экспериментов установлено, что приложение быстрого сдвига к переконсолидированному осадку при различных давлениях повышает скорость фильтрации в 1,2-1,3 раза по сравнению с медленным сдвигом, что позволяет снизить количество остаточной влаги в осадке и повысить эффективность обезвоживания.